Cientistas chineses desenvolvem laser DUV de estado sólido para litografia de semicondutores

Cientistas da Academia Chinesa de Ciências (CAS) alcançaram um avanço significativo no desenvolvimento de um laser ultravioleta profundo (DUV) de estado sólido https://interestingengineering.com/innovation/china-solid-state-uv-laser-transform-chipmaking que gera um feixe coerente de 193 nm - exatamente o comprimento de onda necessário para a fabricação de semicondutores de última geração.

Esse laser experimental de estado sólido, descrito em um artigo publicado pela International Society for Optics and Photonics (SPIE), representa uma alternativa em potencial aos lasers excimer à base de gás usados atualmente em equipamentos de fotolitografia de empresas como ASML, Canon e Nikon.

Os sistemas modernos de litografia dependem desse comprimento de onda específico de 193 nm para gravar padrões superdetalhados em wafers de silício para a produção de chips. Até agora, isso era feito normalmente com lasers excimer de fluoreto de argônio (ArF), que usam uma combinação tóxica de argônio, flúor e neônio. Devido aos materiais tóxicos envolvidos, esses sistemas são complexos, caros e exigem um manuseio cuidadoso.

No entanto, a equipe do CAS adota uma rota de estado totalmente sólido, evitando totalmente o gás e contando apenas com cristais e óptica. Seu sistema começa com um amplificador de cristal Yb:YAG que gera um feixe de infravermelho a 1030 nm. Em seguida, ele divide o feixe em dois caminhos separados:

• Um caminho muda o feixe de 1030 nm para 258 nm por meio da quarta geração harmônica (FHG), fornecendo uma potência de saída de cerca de 1,2 W
• O segundo caminho usa um amplificador paramétrico óptico para produzir um feixe de 1553 nm com cerca de 700 mW

Em seguida, esses dois feixes se combinam por meio de uma série de cristais de triborato de lítio (LBO) para atingir o comprimento de onda desejado de 193 nm.

Esse projeto de estado sólido oferece várias vantagens em potencial, incluindo maior segurança sem produtos químicos tóxicos, complexidade operacional reduzida e requisitos de manutenção menores do que os sistemas baseados em gás.

Ainda assim, desafios significativos precisam ser resolvidos antes que isso se torne comercialmente prático. Seu protótipo atual gerencia apenas 70 mW de potência a 6 kHz, abaixo dos 100-120 W a 8-9 kHz que os lasers excimer industriais produzem. O laser CAS tem uma largura de linha menor que 880 MHz, o que, segundo a equipe, está no mesmo nível da pureza espectral dos lasers comerciais.

O aumento da escala dessa tecnologia para atender aos requisitos industriais representaria um avanço para os equipamentos de fabricação de semicondutores. Mas, considerando a natureza experimental dessa pesquisa, provavelmente teremos que esperar um pouco antes de vermos qualquer implementação prática da tecnologia.